|
|
Το PhysicsWeb επιλέγει τις σπουδαιότερες ειδήσεις του 2003Δεκέμβριος 2003 |
|
Από την ανακάλυψη νέων υποατομικών σωματιδίων στα εργαστήρια, μέχρι την πλήρη χαρτογράφηση του υποβάθρου της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων, το 2003 ήταν μια ακόμη γόνιμη χρονιά για τους φυσικούς. Το PhysicsWeb διαλέγει τις 10 κορυφαίες επιτυχίες της χρονιάς στο χώρο της φυσικής. 1. Κοσμολογία 1. Κοσμολογία Τη φετινή χρονιά η NASA αποκάλυψε τον πρώτο λεπτομερή χάρτη του ουρανού που αναφέρεται στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων - το οποίο αποτελεί την "ηχώ" των μικροκυμάτων από την εποχή του Big Bang. Οι επιστήμονες δημιούργησαν το χάρτη, χρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον δορυφόρο διερευνητή της μικροκυματικής ακτινοβολίας Wilkinson (WMAP), σε χρονική διάρκεια άνω των 12 μηνών. Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν ακόμη περισσότερο το πληθωριστικό μοντέλο του Big Bang για το σύμπαν και αποκαλύπτουν επίσης πότε δημιουργήθηκε η πρώτη γενεά άστρων. Τα δεδομένα δείχνουν ότι το Σύμπαν είναι τώρα 13,7 δισεκατομμυρίων ετών και ότι τα πιο παλιά αστέρια στο Σύμπαν δημιουργήθηκαν ακριβώς 200 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Τα αποτελέσματα επίσης υποστηρίζουν την ιδέα ενός άπειρου , επίπεδου Σύμπαντος που αποτελείται από 4% συνηθισμένη ύλη, 23% σκοτεινή ύλη, και 73% σκοτεινή ενέργεια. Τα αποτελέσματα από τον δορυφόρο WMAP θεωρήθηκαν αρκετά σημαντικά ώστε να ψηφιστούν ως η σημαντικότερη επιστημονική επίτευξη και από το περιοδικό Science για το 2003. Η εικόνα του σχετικού χάρτη εμφανίστηκε επίσης στο εξώφυλλο του περιοδικού Physics World. Παρόλα αυτά, τον Οκτώβριο, κοσμολόγοι στη Γαλλία και στις ΗΠΑ πρότειναν ότι ο χώρος του Σύμπαντος είναι πεπερασμένος και έχει σχήμα δωδεκαέδρου. Οι ίδιοι ισχυρίστηκαν ότι μόνο το σχήμα του δωδεκαέδρου θα μπορούσε να εξηγήσει την ασυμφωνία μεταξύ της θεωρίας και των δεδομένων από τον WMAP για περιοχές του Σύμπαντος που απέχουν μεταξύ τους κατά μεγάλες γωνίες. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Οι
τελευταίες θεωρίες για το Big Bang από την
αποστολή του WMPAP 2. Σωματιδιακή φυσική Η εύρεση του μποζονίου Higgs και άλλων διαφόρων υπερ-συμμετρικών σωματιδίων μπορεί να είναι υψηλής προτεραιότητας για τους περισσότερους φυσικούς των υψηλών ενεργειών, αλλά αυτό δεν έχει σταματήσει την εμφάνιση διαφόρων νέων σωματιδίων στα εργαστήρια της Ιαπωνίας, των ΗΠΑ, της Ρωσίας και της Γερμανίας. Τα νέα σωματίδια, τα οποία θα μπορούσαν να έχουν συνέπειες για το καθιερωμένο πρότυπο, ήρθαν φέρνοντας κάποια έκπληξη στη διεθνή κοινότητα των δωματιδιακών φυσικών. Το πρώτο νέο σωματίδιο αναγγέλθηκε τον Απρίλιο, όταν οι φυσικοί του πειράματος BaBar στο Stanford της Καλιφόρνιας, ανέφεραν ενδείξεις για ένα νέο D-μεσόνιο που περιέχει ίσως 4 κουάρκς - αν και η ερμηνεία αυτή δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί. Δύο μήνες αργότερα η πρώτη ένδειξη για ένα πεντακουάρκ - ένα σωματίδιο με 5 κουάρκς - δημοσιεύτηκε από Αμερικανούς ερευνητές. Το νέο αυτό σωματίδιο βρέθηκε να έχει 2 κουάρκς up, 2 κουάρκς down και 1 παράξενο (strange) αντικουάρκ. Τα πιο πολλά από τα γνωστά σωματίδια είναι αντίθετα είτε μεσόνια - με 1 κουάρκ και 1 αντικουάρκ - είτε βαρυόνια με 3 κουάρκς ή 3 αντικουάρκς. Τελικά τον Νοέμβριο, το πείραμα συνεργασίας Belle, στο εργαστήριο KEK της Ιαπωνίας, ανακάλυψε ένα νέο υποατομικό σωματίδιο που πήρε την ονομασία "X(3872)". Το σωματίδιο αυτό δεν ταιριάζει σε καμία γνωστή ταξινόμηση σωματιδίων, και οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα μπορούσε να είναι ένας άγνωστος ως τώρα τύπος μεσονίου που περιέχει 4 κουάρκς. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Νέο
σωματίδιο εμφανίστηκε στην Ιαπωνία 3. Συμπυκνώματα Η φυσική που ασχολείται με τα συμπυκνώματα έχει βρεθεί σε καλή θέση κατά τις ψηφοφορίες των τριών τελευταίων ετών στο PhysicsWeb, και η έρευνα στο πεδίο αυτό συνεχίζει να είναι ισχυρή. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν τόσο τα συμπυκνώματα Bose-Einstein όσο και τα εκφυλισμένα αέρια Fermi. Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι μια νέα κατάσταση της ύλης στην οποία όλα τα άτομα βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση. Ένα εκφυλισμένο αέριο Fermi είναι μια αντίστοιχη συμπύκνωση για άτομα που υπακούουν στη στατιστική Fermi-Dirac. Τον Ιούλιο, φυσικοί του πανεπιστημίου του Κυότο στην Ιαπωνία ισχυρίστηκαν ότι είχαν παρατηρήσει συμπύκνωμα Bose-Einstein σε αέριο από άτομα υτερβίου, για πρώτη φορά. Το υτέρβιο διαφέρει από τα περισσότερα στοιχεία που έχουν συμπυκνωθεί, διότι έχει 2 ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους αντί για ένα, και μπορεί να προπαρασκευαστεί σε μια μη μαγνητική κατάσταση. Τέτοια νέα συμπυκνώματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο θεμελιωδών συμμετριών της φύσης. Μετά από μερικές εβδομάδες, Αυστριακοί και Αμερικανοί ερευνητές δημιούργησαν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein από μόρια που συμπεριφέρονταν ως μποζόνια και σχηματίζονταν σε ένα αέριο με φερμιονικά άτομα. Αυτή η τομή φέρνει τους φυσικούς πιο κοντά στον υπέρτατο στόχο της έρευνας στην ατομική φυσική της υπέρ-ψυχρής κατάστασης. Να παρατηρήσουν δηλαδή υπερρευστότητα σε αέρια Fermi. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Άτομα
αερίου Fermi σχηματίζουν υπερψυχρα μόρια
μποζονίων 4. Οπτική και ηλεκτρομαγνητισμός Μετά από 3 χρόνια άγριας διαμάχης, οι φυσικοί τελικά πιστοποίησαν ότι τα υλικά με "αρνητικό δείκτη διάθλασης" δεν παραβιάζουν τους νόμους της φυσικής. Τα υλικά αυτά εκτρέπουν το φως κατά την αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με τα συμβατικά υλικά. Μερικοί φυσικοί όμως επιχειρηματολογούσαν πως αν και η ταχύτητα φάσης του φωτός διαθλάται με αρνητικό δείκτη διάθλασης, η ομαδική ταχύτητα δεν διαθλάται με αρνητικό δείκτη. Άλλοι ισχυρίζονταν ότι ο αρνητικός δείκτης παραβιάζει την αιτιότητα καθώς επιτρέπει ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτή του φωτός. Άλλα επιτεύγματα στην οπτική φυσική περιλαμβάνουν την πρώτη παρατήρηση του αντιστρόφου φαινομένου Doppler - σε μια γραμμή μεταφοράς - και την εστίαση του φωτός σε νέο μικρό όριο διαμέτρου. Γερμανοί ερευνητές κατόρθωσαν να εστιάσουν μια δέσμη λέιζερ σε ένα εμβαδόν 0,06 τετραγωνικών μικρομέτρων. Αυτό αποτελεί ελάττωση σχεδόν στη μισή τιμή από το προηγούμενο ρεκόρ. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Αριστερόστροφα
υλικά 5. Κβαντική πληροφορία Οι ερευνητές κατά το 2003 έκαναν μεγάλη πρόοδο προς τη δημιουργία ενός πραγματικού κβαντικού υπολογιστή. Τα qubits, τα κβαντικά ισοδύναμα των συνηθισμένων bits, έχουν παραχθεί με παγιδευμένα φωτόνια, άτομα και ιόντα, αλλά οι φυσικοί θα προτιμούσαν να δημιουργήσουν πραγματικές συσκευές με συστήματα στερεάς κατάστασης. Αυτό παραμένει ακόμα μια πρόκληση. Το Φεβρουάριο όμως, μια ομάδα φυσικών ανήγγειλε την "διεμπλοκή" δύο qubits σε συσκευή στερεάς κατάστασης, για πρώτη φορά, ενώ μια άλλη ομάδα παρουσίασε ένα νέο τύπο υπεραγώγιμου qubit. Τον Αύγουστο, μια τρίτη ομάδα, περιέγραψε πως δημιούργησε μια λογική πύλη χρησιμοποιώντας δύο ζεύγη ηλεκτρονίου-οπής, (που είναι γνωστά και ως εξιτόνια), σε μια κβαντική κουκίδα. Το πιο σημαντικό είναι ότι οι ερευνητές έδειξαν ότι το σύστημα της κβαντικής κουκίδας, κάτω από ορισμένες συνθήκες, συμπεριφερόταν σαν μια ελεγχόμενη λογική πύλη NOT. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Κβαντικός
υπολογιστής Δυνατότητες και
προβλήματα 6. Κβαντική οπτική Το 2003 έγινε η πρώτη παρουσίαση ενός λέιζερ με ένα μόνο άτομο, όταν οι ερευνητές στο Caltech παγίδευσαν ένα άτομο Καισίου σε μια οπτική παγίδα. Το φως που εκπέμπεται από αυτή τη συσκευή εμφανίζει "αντι-ομαδοποίηση των φωτονίων" κι έτσι επιτυγχάνεται πιο "ήρεμο" ή με μεγαλύτερη τάξη φως, απ' ότι στα συνηθισμένα λέιζερ. Το λέιζερ αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην τεχνολογία της κβαντικής πληροφορίας. Ένα άλλο επίτευγμα ήρθε τον Δεκέμβριο, όταν Αμερικανοί και Ρώσοι φυσικοί έδειξαν ότι μπορούσαν να σταματήσουν το φως μέσα σε ένα αέριο θερμών ατόμων. Η τεχνική τους θα μπορούσε να προσφέρει μεγαλύτερο έλεγχο πάνω στο φως και να έχει εφαρμογές στην οπτική επικοινωνία και στην κβαντική πληροφορία. Προηγούμενα πειράματα σε φως που έχει ακινητοποιηθεί, αποθήκευαν μόνο την πληροφορία των φωτεινών παλμών - σαν να δημιουργούσαν ένα ολόγραμμα- η νέα όμως προσέγγιση παγιδεύει τα ίδια τα φωτόνια χωρίς αυτά να χάνουν την υπόστασή τους. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Φως
που 'ακινητοποιείται' στις τροχιές του 7. Ηλεκτρισμός από το νερό Μηχανικοί στον Καναδά τον Οκτώβριο πυροδότησαν μια υστερία στα μέσα ενημέρωσης, όταν δήλωσαν ότι ανακάλυψαν τον πρώτο καινούργιο τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μετά από 160 χρόνια. Η ιδέα τους είναι η άντληση νερού μέσα από μικροδιαύλους ενός γυάλινου δίσκου για να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό τους επιτρέπει να μετατρέπουν κατευθείαν την ενέργεια ενός κινούμενου υγρού σε ηλεκτρική χωρίς να μεσολαβούν κινούμενα μέρη ή ανεπιθύμητη επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Η ιδέα τους χρειάζεται ακόμη τελειοποίηση στις λεπτομέρειές της, αλλά μια τέτοια πηγή ενέργειας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μπαταρίες για μικρές ηλεκτρονικές συσκευές όπως τα κινητά τηλέφωνα. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Μικροσκοπικές αντλίες νερού παράγουν ηλεκτρισμό από το νερό 8. Μαγνητισμός Η χρονιά αυτή βρήκε το κοβάλτιο να μπαίνει στα βιβλία των ρεκόρ, όταν μια ομάδα Ευρωπαίων φυσικών βρήκε ότι παρουσιάζει μια ενέργεια μαγνητικής ανισοτροπίας (ΜΑΕ) της τάξης των 9,3 meV ανά άτομο. Αυτή είναι και η μεγαλύτερη που έχει καταγραφεί έως σήμερα. Η ΜΑΕ ελέγχει την ευθυγράμμιση των ατομικών σπιν η οποία προκαλεί και τις μαγνητικές ιδιότητες στα υλικά. Αντίθετα το κράμμα Σαμαρίου-Κοβαλτίου, το οποίο είναι ένας από τους πολύ συνηθισμένους μόνιμους μαγνήτες, έχει ενέργεια μαγνητικής ανισοτροπίας μόλι; 1,8 meV ανά άτομο κοβαλτίου. Οι φυσικοί παρατήρησαν επίσης μαγνητικές περιοχές με κινούμενα τοιχώματα σε κλίμακες υποατομικών μεγεθών, για πρώτη φορά. Αυτό το επίτευγμα που εξέπληξε τους φυσικούς, ανοίγει νέες λεωφόρους στη θεμελιώδη έρευνα της φυσικής συμπυκνωμένης κατάστασης, και θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων μαγνητικών υλικών. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Ο
μαγνητισμός σε κίνηση 9. Νέοι υπεραγωγοί Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει τρομακτικές πρόοδοι στη φυσική των υπεραγωγών - και το 2003 δεν αποτέλεσε εξαίρεση στον τομέα αυτόν. Μόλις τις τελευταίες ημέρες ακούστηκαν τα νέα ότι φυσικοί από το πανεπιστήμιο του Kyoto στην Ιαπωνία ανακάλυψαν ένα νέο υπεραγωγό από Κάλιο, Όσμιο και Οξυγόνο. Η δουλειά τους που θα δημοσιευτεί προσεχώς, περιγράφει το υλικό KOs2O6 το οποίο έχει ως θερμολρασία μετάβασης στην υπεραγώγιμη κατάσταση τους 9,6 Κ και παραμένει υπεραγωγός και μέσα σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Νωρίτερα τη χρονιά αυτή, μια άλλη ομάδα Ιαπώνων φυσικών βρήκε ότι το οξείδιο του κοβαλτίου μπορεί να μετασχηματιστεί σε υπεραγωγό με την απλή προσθήκη νερού. Οι ερευνητές υποψιάζονται ότι πίσω από τους υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας που περιέχουν χαλκό και από το οξείδιο του κοβαλτίου, κρύβεται η ίδια θεμελιώδης φυσική. Δείτε και τα σχετικά άρθρα Η
υπεραγωγιμότητα και το μαγνητικό πεδίο
μπορούν να συνυπάρχουν 10. Πυρηνικές μεταστοιχειώσεις με τη βοήθεια λέιζερ Στην τελευταία θέση βρέθηκε η ιστορία που δημιούργησαν οι φυσικοί την τελευταία χρονιά, δείχνοντας ότι μπορούν να μεταστοιχειώσουν διάφορα ραδιοϊσότοπα με χρήση λέιζερ. Το επίτευγμα θα μπορούσε να αποβεί ζωτικής σημασίας για την ασφαλή αποθήκευση και διαχείριση ραδιενεργών ισοτόπων στο μέλλον. Οι ερευνητές - από το πανεπιστήμιο Strathclyde, το πανεπιστήμιο της Γλασκώβης, το Imperial College, το εργαστήριο Rutherford Appleton και το ινστιτούτο της Karlsruhe στη Γερμανία για τα υπερουράνια στοιχεία - έδειξαν ότι το Ιώδιο-129 (το οποίο έχει χρόνο ημιζωής 15,7 εκατομμύρια χρόνια) θα μπορούσε να μετατραπεί στο πιο βραχύβιο Ιώδιο-128 χρησιμοποιώντας μια πηγή ακτίνων-γ της οποίας η λειτουργία στηρίζεται στα λέιζερ. Το Ιώδιο-128 έχει χρόνο ημιζωής μόνο 25 λεπτά. Δείτε και τα σχετικά άρθρα |
||
|